國際航行貨船應(yīng)急發(fā)電機(jī)的容量確定

黃立明　韋佳威

（廣船國際技術(shù)中心）

國際航行貨船應(yīng)急發(fā)電機(jī)的容量確定

黃立明韋佳威

（廣船國際技術(shù)中心）

文章根據(jù)SOLAS的要求，探討國際航行海船應(yīng)急發(fā)電機(jī)的重要性，并給出通過應(yīng)用需要系數(shù)法計(jì)算船用應(yīng)急發(fā)電機(jī)容量的方法，以保證電力負(fù)荷計(jì)算的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步達(dá)到合理經(jīng)濟(jì)地選擇應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的目的。

船用應(yīng)急發(fā)電機(jī) 容量確定

0　前言

根據(jù)《國際海上人命安全公約》（SOLAS）要求，國際航行海船的應(yīng)急發(fā)電機(jī)需要按照相應(yīng)規(guī)范配置，以滿足船舶在緊急情態(tài)下的安全需要。不同船型的不同配置對(duì)應(yīng)急發(fā)電機(jī)容量的要求不盡相同，如何在設(shè)計(jì)之前確定船舶所需應(yīng)急發(fā)電機(jī)容量?計(jì)算裕量并選取合適的應(yīng)急發(fā)電機(jī)是成本控制中的一大主題。本文從規(guī)范要求出發(fā)，對(duì)如何確定普通貨船的應(yīng)急發(fā)電機(jī)容量提出方案，以有效地選擇機(jī)型，方便布置并控制成本，給船東和船廠提供一些幫助。此方案已經(jīng)過多船實(shí)船驗(yàn)證，行之有效。

1　船舶應(yīng)急電力系統(tǒng)及應(yīng)急發(fā)電機(jī)容量確定的意義

船舶電力系統(tǒng)分為主電力系統(tǒng)和應(yīng)急電力系統(tǒng)。正常情況下，船舶用電設(shè)備由主電力系統(tǒng)供電，當(dāng)主電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，應(yīng)急電力系統(tǒng)投入工作，向應(yīng)急情況下需要使用的重要設(shè)備供電以保證船舶的安全。因此，船舶應(yīng)急電力系統(tǒng)是船舶人命安全的保障，是船舶安全檢查時(shí)必檢的項(xiàng)目之一。SOLAS規(guī)定客船和貨船均應(yīng)有獨(dú)立的應(yīng)急電源。作為應(yīng)急電源使用的發(fā)電機(jī)即稱為應(yīng)急發(fā)電機(jī)。應(yīng)急發(fā)電機(jī)應(yīng)該由具有獨(dú)立的冷卻裝置和燃油供給，并由設(shè)有滿足規(guī)范要求的起動(dòng)裝置的柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)。除了設(shè)有滿足規(guī)范規(guī)定的臨時(shí)應(yīng)急電源的貨船外，當(dāng)船舶發(fā)生火災(zāi)或其他災(zāi)害引起主電源供電失效時(shí)應(yīng)能自動(dòng)起動(dòng)和自動(dòng)連接應(yīng)急配電板，盡快地承載應(yīng)急負(fù)載，最長(zhǎng)不得超過45s。應(yīng)急發(fā)電機(jī)的容量應(yīng)確保SOLAS和主管機(jī)關(guān)有關(guān)規(guī)定的供電范圍和供電時(shí)間，并應(yīng)考慮到這些用電設(shè)備可能同時(shí)工作。需要注意的是，SOLAS規(guī)定應(yīng)急電源也可在安全情況下短時(shí)間內(nèi)向非重要設(shè)備供電。而一旦船舶處于應(yīng)急狀況時(shí)，非重要設(shè)備需要自動(dòng)脫扣以滿足保證航行安全的重要設(shè)備供電。因此選擇合適的容量非常重要，要求既能保證容量滿足使用要求，又不過高超出以保證經(jīng)濟(jì)性。

2　貨船應(yīng)急發(fā)電機(jī)容量計(jì)算

2.1電力負(fù)荷計(jì)算的意義

為確定應(yīng)急發(fā)電機(jī)的合適容量，需要進(jìn)行電力負(fù)荷計(jì)算。電力負(fù)荷計(jì)算正確與否直接影響全船用電設(shè)備的正常運(yùn)行和電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。然而在方案初期，沒有具體用電設(shè)備的實(shí)際負(fù)荷和具體使用情況，電力負(fù)荷的計(jì)算是較為困難的。影響這些情況的因素較多，難于全盤考慮，因此應(yīng)與輪機(jī)，舾裝等專業(yè)密切配合，對(duì)各用電設(shè)備的實(shí)際負(fù)荷及具體使用情況，做全面細(xì)致的調(diào)查和分析，才能得出較準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。

2.2應(yīng)急發(fā)電機(jī)負(fù)載及分類

隨著船舶種類不同、噸位不同，必須由應(yīng)急發(fā)電機(jī)供電的電氣設(shè)備范圍也略有不同，通常根據(jù)下述用電設(shè)備的所需電功率確定應(yīng)急發(fā)電機(jī)容量，即：航行燈、信號(hào)燈、應(yīng)急照明設(shè)備、應(yīng)急報(bào)警和信號(hào)裝置、火災(zāi)探測(cè)和報(bào)警裝置、應(yīng)急用無線電設(shè)備和導(dǎo)航設(shè)備、應(yīng)急消防泵等消防設(shè)備、應(yīng)急艙底泵及其電動(dòng)遙控設(shè)備、應(yīng)急時(shí)使用的舵機(jī)、動(dòng)力操作水密門及其指示器和報(bào)警器；其它需要應(yīng)急發(fā)電機(jī)供電的用電設(shè)備，如船員提升至甲板上以便逃脫的電梯應(yīng)急裝置等。

SOLAS規(guī)定，應(yīng)急電源的容量應(yīng)足以給以下設(shè)備供電：

⑴ 對(duì)以下各處應(yīng)急照明供電18小時(shí)

① 所有服務(wù)及起居處所內(nèi)的走廊，樓梯和出口，乘人升降機(jī)廂和升降機(jī)通道

② 機(jī)械處所及主電站，包括它們的控制位置

③ 所有控制站，機(jī)械控制室及每一處主配電板和應(yīng)急配電板

④ 所有消防裝備的存放地點(diǎn)

⑤ 舵機(jī)處

⑥ 消防泵，噴水泵，艙底污水泵（如有）及其馬達(dá)的起動(dòng)位置

⑦ 泵艙室

⑵ 對(duì)下列設(shè)備供電18小時(shí)：

① 航行燈和其他國際海上避碰規(guī)則強(qiáng)制要求的其他燈

② 中頻無線裝置；船舶地球站中頻/高頻無線裝置

③ 所有緊急狀態(tài)下需要的船內(nèi)通信設(shè)備

④ 船運(yùn)導(dǎo)航設(shè)備；（對(duì)5000總噸以下的船，不合理或不可用的設(shè)備可忽略此要求）

⑤ 探火和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

⑥ 間歇工作的白晝信號(hào)燈，船笛，手動(dòng)操作呼叫點(diǎn)和所有應(yīng)急情況下所需內(nèi)部信號(hào)

⑶ 對(duì)舵機(jī)應(yīng)急供電應(yīng)滿足：對(duì)于貨船，SOLAS要求舵機(jī)應(yīng)配2套容量為50%的動(dòng)力單元，其中，在應(yīng)急情況下，船舶處于最深吃水狀態(tài)航行時(shí)，船以半速的速度航行或以7海里/時(shí)的速度航行時(shí)（取大者），舵可在60秒內(nèi)從一側(cè)15度擺到另一側(cè)15度，據(jù)此對(duì)單套舵機(jī)提供應(yīng)急電源。根據(jù)不同船級(jí)社要求，對(duì)舵機(jī)在應(yīng)急工況下的使用系數(shù)要求不盡相同，最高取0.8。

⑷ 從癱船狀態(tài)恢復(fù)船舶推進(jìn)各種設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的電量。該工況不屬于應(yīng)急工況，且負(fù)荷功耗一般比應(yīng)急工況小。

2.3電力負(fù)荷計(jì)算方法

船舶電力負(fù)荷計(jì)算是根據(jù)用電設(shè)備的數(shù)量、負(fù)載和使用情況進(jìn)行的，其計(jì)算結(jié)果是作為選擇發(fā)電機(jī)容量和臺(tái)數(shù)的依據(jù)。船舶電力負(fù)載計(jì)算方法較多，各種方法略有不同，但其基本構(gòu)思是一樣的，即計(jì)算船舶各工況下用電設(shè)備所需的功率。目前，應(yīng)用較多的方法有需要系數(shù)法和三類負(fù)載法。這里采用我廠常用的需要系數(shù)法來計(jì)算應(yīng)急發(fā)電機(jī)所需容量。

2.3.1計(jì)算各用電設(shè)備的額定輸入功率

考慮到功率損耗問題，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)我廠在計(jì)算時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)額定功率大于25kW，考慮8%的損耗；額定功率在15kW~25kW，考慮9%損耗；10kW~15kW考慮11%損耗；5kW~10kW考慮13%損耗；5kW以內(nèi)則考慮18%損耗。對(duì)于燈具等設(shè)備由于損耗較小則忽略。

2.3.2選擇工況及負(fù)載

此處討論應(yīng)急發(fā)電機(jī)容量，應(yīng)選擇應(yīng)急工況和癱船起動(dòng)情況。在需要系數(shù)法中，計(jì)算公式為：

PG= ΣKi×Pci+K2×ΣKi×PR

其中PG為計(jì)算總功率，Pci為各連續(xù)負(fù)載額定輸入功率，PR為各間斷負(fù)載額定輸人功率，Ki為需要系數(shù)，K2為同時(shí)系數(shù)。

其中，需要系數(shù)，就是設(shè)備使用時(shí)的最大需要功率與其額定輸入功率之比；同時(shí)系數(shù)，是設(shè)備在對(duì)應(yīng)工況下不連續(xù)運(yùn)行，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果給定的系數(shù)，一般取0.3～0.5。

根據(jù)法規(guī)的初衷，應(yīng)急負(fù)荷使用的時(shí)間窗口小，應(yīng)考慮各種可能發(fā)生的情況，因此接入的負(fù)載均按最大連續(xù)工作的情況，同時(shí)系數(shù)及需要系數(shù)均應(yīng)為1。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，因設(shè)備的軸功率，即設(shè)備最大輸出的功率，小于馬達(dá)的額定功率，換而言之，電動(dòng)機(jī)的需要系數(shù)不為1；根據(jù)船級(jí)社的解釋，如能提供設(shè)備商的軸功率與額定功率數(shù)據(jù)，需要系數(shù)可為軸功率/額定功率。

需要注意的是，SOLAS規(guī)定，應(yīng)急電源可在安全情況下短時(shí)間內(nèi)向非重要設(shè)備供電。而一旦船舶處于應(yīng)急狀況時(shí)，非重要設(shè)備需要自動(dòng)脫扣以滿足保證航行安全的重要設(shè)備供電，如不能自動(dòng)脫扣，則應(yīng)計(jì)入應(yīng)急發(fā)電機(jī)容量。故在選擇應(yīng)急工況下的接入負(fù)載時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況以避免估算出的發(fā)電機(jī)容量過度超出而增加成本。

2.3.3根據(jù)上述總功率，繪制應(yīng)急狀況下的負(fù)載明細(xì)表，以選擇應(yīng)急發(fā)電機(jī)的容量

2.3.4以某5萬噸油船為例，應(yīng)急發(fā)電機(jī)負(fù)載明細(xì)表見表1

其中癱船狀態(tài)并無具體計(jì)算送審要求，此處僅舉例說明癱船狀態(tài)負(fù)荷遠(yuǎn)小于應(yīng)急工況，應(yīng)急發(fā)電機(jī)容量由應(yīng)急工況計(jì)算功率值確定。

表1　應(yīng)急發(fā)電機(jī)負(fù)載明細(xì)

2.4應(yīng)急發(fā)電機(jī)容量確定

一般而言，發(fā)電機(jī)容量的選擇應(yīng)該同時(shí)滿足以下條件：

⑴ 發(fā)電機(jī)的額定功率連續(xù)運(yùn)行大于或等于負(fù)荷的計(jì)算功率。

⑵ 發(fā)電機(jī)的允許過載功率大于或等于負(fù)荷的尖峰功率。

⑶ 大容量電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)發(fā)電機(jī)的瞬時(shí)壓降不大于15%。

應(yīng)急發(fā)電機(jī)負(fù)荷率應(yīng)不超過100%，一般計(jì)算不應(yīng)超90%。因此，選擇應(yīng)急發(fā)電機(jī)時(shí)，其功率以超過，并不超出以保證經(jīng)濟(jì)性為宜。此案例中，應(yīng)急工況下的總功率較重，取。經(jīng)查閱某發(fā)電機(jī)廠選型手冊(cè)，可選用的發(fā)電機(jī)。

3　結(jié)束語

由前面的分析可知，對(duì)于應(yīng)急發(fā)電機(jī)容量的選擇應(yīng)充分考慮到應(yīng)急工況及癱船狀態(tài)下應(yīng)接入的全部負(fù)載。由于應(yīng)急工況對(duì)于船舶安全的重要性，在選擇容量時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求，以可靠性優(yōu)先，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性及性價(jià)比，采用規(guī)范、科學(xué)、合理的計(jì)算方法，就可以找到選擇最適合本船舶的應(yīng)急發(fā)電機(jī)。

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10.3969/j.issn.2095-4506.2016.03.005

黃立明（1983 --），男，工程師，船舶電氣。韋佳威（1990--），女，助理工程師，船舶電氣。

（2016-6-6）